● 摘要
涡轮盘作为航空发动机的结构关键件，其设计质量直接关系到发动机的性能高低及其结构完整性和可靠性。概率设计作为一种精细设计手段对于提高涡轮盘的设计质量至关重要，其作用在追求高性能和高可靠性的先进发动机结构设计中愈发突显。为此，本文开展了基于可靠性的涡轮盘优化分析方法研究，旨在保证性能和可靠性要求下降低涡轮盘的重量，具有一定的工程意义。首先，以涡轮盘两种典型失效模式—低循环疲劳和疲劳-蠕变为研究重点，讨论了载荷谱处理技术和应变-寿命模型的同方差回归分析方法，考虑了尺寸、载荷和材料三类随机因素分别开展了涡轮盘低循环疲劳寿命和疲劳-蠕变耦合寿命的可靠性分析；其次，通过采用多项式响应面的近似模型和模拟退火寻优技术建立了涡轮盘可靠性优化方法，并在此基础上提出了并行可靠性优化方法以提高计算效率；最后，设计、开发了一套可靠性优化平台并纳入涡轮盘概率设计系统，以某型涡轮盘的低循环疲劳寿命可靠度和疲劳-蠕变耦合寿命可靠度为可靠性约束指标、涡轮盘重量为目标函数走通了涡轮盘的优化设计，验证了本文建立的可靠性优化设计平台的实用性和可行性。